Vakum tüpü nedir ve nasıl çalışır

Eski güzel tüpü geçmişin bir kalıntısı olarak görmezden gelmek cazip gelebilir - sonuçta, yüceltilmiş bir ampuldeki birkaç metal parçası bugünün transistörlerine ve entegre devrelerine nasıl dayanabilir? Tüpler, tüketici elektroniği vitrinindeki yerlerini kaybetmiş olsalar da, radyo ve televizyon yayıncılığı, endüstriyel ısıtma, mikrodalga fırınlar, uydu gibi çok yüksek (GHz aralığı) frekanslarda çok fazla güce ihtiyaç duyulan yerlerde hala önemsiz kullanımlarını sürdürüyorlar. iletişim, parçacık hızlandırıcılar, radar, elektromanyetik silahlar artı radyasyon ölçerler, X-ışını makineleri ve audiophile amplifikatörleri gibi daha düşük güç seviyeleri ve frekansları gerektiren birkaç uygulama.

20 yıl önce çoğu ekran bir vakumlu resim tüpü kullanıyordu. Evinizin etrafında gizlenen birkaç tüp olabileceğini biliyor muydunuz? Mikrodalga fırınınızın kalbinde bir yuva, bir magnetron tüp bulunur veya daha doğrusu oturur. İşi, fırına ne koyarsanız koyun ısıtmak için kullanılan yüksek güç ve yüksek frekanslı RF sinyalleri oluşturmaktır. İçinde bir tüp bulunan farklı bir ev cihazı, yeni bir düz ekran TV ile değiştirildikten sonra büyük olasılıkla tavan arasında bir karton kutuya oturan eski CRT TV'dir. CRT “Katot ışını Tüp” anlamına gelir- bu tüpler alınan video sinyalini görüntülemek için kullanılır. LCD veya LED ekranlara kıyasla oldukça ağır, büyük ve verimsizler, ancak diğer teknolojiler ortaya çıkmadan önce işi halletmişlerdi. Bunları öğrenmek iyi bir fikir çünkü modern dünyanın çoğu hala onlara güveniyor, çoğu TV vericisi güç çıkış cihazı olarak vakum tüplerini kullanıyor, çünkü yüksek frekanslarda transistörlerden daha verimli. Magnetron vakum tüpleri olmadan ucuz mikrodalga fırınlar olamazdı, çünkü yarı iletken alternatifler daha yeni icat edildi ve pahalı olmaya devam ediyordu. Osilatörler, amplifikatörler, mikserler vb. Gibi birçok devreyi tüplerle açıklamak ve nasıl çalıştıklarını görmek daha kolaydır çünkü klasik tüpler, özellikle triyotlar,birkaç bileşenle önyargılı olması ve amplifikasyon faktörünü, sapmasını vb. hesaplamak son derece kolaydır.

Vakum Tüpleri Nasıl Çalışır?

Düzenli vakum tüpleri, Edison etkisi olarak da bilinen termiyonik emisyon adı verilen bir fenomeni temel alır.. Havasız bir odada, boyunda bir ısıtıcı olan bir duvarın yanında, sırada beklediğiniz sıcak bir yaz günü olduğunu, diğer bazılarının da sırada beklediğini ve birinin ısıtmaya başladığını, insanların odadan uzaklaşmaya başladığını hayal edin. ısıtıcı - sonra birisi pencereyi açar ve soğuk bir esinti içeri girerek herkesin ona göç etmesine neden olur. Bir vakum tüpünde termiyonik emisyon meydana geldiğinde, ısıtıcılı duvar katottur, bir filamanla ısıtılır, insanlar elektronlardır ve pencere anottur. Çoğu vakum tüpünde, silindirik katot bir filaman tarafından ısıtılır (ampulün içindekinden çok farklı değildir), katodun pozitif yüklü bir anot tarafından çekilen negatif elektronları yaymasına neden olarak anoda elektrik akımının akmasına neden olur. ve katot dışında (unutmayın,akım elektronlardan zıt yöne gider).

: Biz Vakum tüp evrimini açıklıyoruz Aşağıda Diyot, Triode, TETRODE ve pentot gibi vacuume tüplerin bazı özel türleri ile birlikte Magnetronlar, CRT, röntgen Tüp vb

Başlangıçta Diyotlar vardı

Bu, en basit vakum tüpünde kullanılır- filament, katot ve anottan oluşan diyot. Elektrik akımı, ortadaki filamentin içinden geçerek ısınmasına, parlamasına ve bir ampul gibi termal radyasyon yaymasına neden olur. Isıtılmış filaman, çevreleyen silindirik katodu ısıtır, elektronlara çalışma fonksiyonunun üstesinden gelmek için yeterli enerji vererek, ısıtılmış katot etrafında uzay yük bölgesi adı verilen bir elektron bulutunun oluşmasına neden olur. Pozitif yüklü anot, uzay yükü bölgesinden elektronları çekerek tüpte elektrik akımı akışına neden olur, ancak anot negatif olsaydı ne olurdu? Lise fizik derslerinizden bildiğiniz gibi, yük itici gibi - negatif anot elektronları iter ve hiçbir akım akışı olmaz, bunların hepsi bir boşlukta gerçekleşir, çünkü hava elektron akışını engeller. AC'yi düzeltmek için bir diyot bu şekilde kullanılır.

Eski güzel Triode gibisi yok!

1906'da Lee de Forest adlı Amerikalı bir Mühendis, anot ve katot arasına kontrol ızgarası adı verilen bir ızgara eklemenin anot akımının kontrol edilmesini sağladığını keşfetti. Triode'un yapısı diyota benzer, ızgara çok ince mobildenium telden yapılmıştır. Kontrol, ızgarayı bir voltajla bastırarak elde edilir - voltaj genellikle katoda göre negatiftir. Voltaj ne kadar negatif olursa akım o kadar düşük olur. Izgara negatif olduğunda, elektronları iter, anot akımını azaltır, pozitifse daha fazla anot akımı akar, ızgaranın küçük bir anot olması pahasına, tüpe zarar verebilecek ızgara akımının oluşmasına neden olur.

Triode ve diğer "ızgaralı" tüpler genellikle ızgara ile toprak arasına yüksek değerli bir direnç ve katot ile toprak arasına daha düşük değerli bir direnç bağlanarak önyargılıdır. Tüp içinden akan akım, katot direncinde voltaj düşüşüne neden olarak katot voltajını toprağa göre artırır. Izgara, katoda göre negatiftir, çünkü katot, ızgaranın bağlı olduğu zeminden daha yüksek bir potansiyeldedir.

Triodlar ve diğer normal tüpler anahtarlar, amplifikatörler, mikserler olarak kullanılabilir ve aralarından seçim yapabileceğiniz birçok başka kullanım vardır. Sinyali şebekeye uygulayarak ve anot akımını yönlendirmesine izin vererek sinyalleri yükseltebilir, eğer anot ve güç kaynağı arasına bir direnç eklenirse, yükseltilmiş sinyal anot voltajından çıkarılabilir, çünkü anot direnci ve tüp hareket eder. bir voltaj bölücüye benzer şekilde, triyot kısmı direncini giriş sinyalinin voltajına göre değiştirir.

Kurtarmaya tetrotlar!

Erken triyot, düşük kazanç ve yüksek parazitik kapasitelerden muzdaripti. 1920'lerde, birincisi ile anot arasına ikinci bir (ekran) ızgara koymanın, kazancı artırdığı ve parazitik kapasiteleri düşürdüğü, yeni tüpün Yunanca dört (tetra) yolu (ode, sonek) anlamına gelen tetrode olarak adlandırıldığı bulundu.. Yeni tetrode mükemmel değildi, parazitik salınımlara neden olabilecek ikincil emisyonun neden olduğu negatif dirençten muzdaripti. İkinci şebeke voltajı anot voltajından daha yüksek olduğunda ikincil emisyon meydana geldi ve elektronlar anoda çarptığında ve diğer elektronları devre dışı bırakarak anot akımında bir düşüşe neden oldu ve elektronlar pozitif ekran ızgarası tarafından çekilir ve bu da muhtemelen ek bir hasar verici ızgara akımı.

Pentodlar - son sınır mı?

İkincil emisyonu azaltma yollarının araştırılması, pentotun 1926'da Hollandalı mühendisler Bernhard DH Tellegen ve Gilles Holst tarafından icat edilmesiyle sonuçlandı. Ekran ızgarası ile anot arasına bir bastırıcı ızgara adı verilen üçüncü bir ızgara eklemenin, anottan çıkarılan elektronları anoda geri itmek suretiyle ikincil emisyonun etkilerini ortadan kaldırdığı bulundu. katot. Günümüzde, 50 MHz'in altındaki vericilerde pentotlar kullanılmaktadır, çünkü vericilerdeki tetrotlar 500 MHz'e kadar iyi çalışmaktadır ve triyotlar gigahertz aralığına kadar, odyofil kullanımından bahsetmeye bile gerek yoktur.

Farklı Vakum Tüpleri

Bu "normal" tüplerin yanı sıra, farklı kullanımlar için tasarlanmış çok sayıda özel endüstriyel ve ticari tüp vardır.

Magnetron

Magnetron ama tüp anot ve iki güçlü mıknatıs arasında yer alan bütün tüp içine şeklinde rezonant boşluklara sahip, diyot benzerdir. Voltaj uygulandığında tüp salınıma başlar, elektronlar anot üzerindeki boşluklardan geçerek ıslık çalmaya benzer bir süreçte radyo frekansı sinyallerinin üretilmesine neden olur.

X-ray Tüpleri

X ışını tüpleri, tıbbi veya araştırma amaçlı X ışınları üretmek için kullanılır. Vakum tüp diyotuna yeterince yüksek voltaj uygulandığında X ışınları yayılır, voltaj ne kadar yüksek olursa dalga boyu o kadar kısalır. Anodun kendisine çarpan elektronların neden olduğu ısınmayla başa çıkmak için disk şeklindeki anot dönerek elektronlar anodun farklı kısımlarına çarparak soğumayı iyileştirir.

CRT veya Katot Işını Tüpü

CRT veya "Katot-ışınlı Tüp" o günlerde ana ekran teknolojisiydi. Monokromatik bir CRT'de katot görevi gören bir sıcak katot veya bir filaman elektron yayar. Anotlara giderken Wehnelt silindirindeki küçük delikten geçerler, silindir tüp için bir kontrol ızgarası görevi görür ve elektronları sıkı bir ışına odaklamaya yardımcı olur. Daha sonra birkaç yüksek voltaj anodu tarafından çekilir ve odaklanırlar. Tüpün bu kısmına (katot, Wehnelt silindiri ve anotlar) elektron tabancası denir. Anotları geçtikten sonra, saptırma plakalarını geçerler ve tüpün flüoresan ön tarafına çarparak ışının çarptığı yerde parlak bir noktanın görünmesine neden olurlar. Saptırma plakaları, elektronları yönlerine doğru çekip iterek ışını ekran boyunca taramak için kullanılır, bunlardan biri X ekseni ve biri Y ekseni için olmak üzere iki çift vardır.

Osiloskoplar için yapılmış küçük bir CRT, Wehnelt silindirini, dairesel anotları ve Y harfi şeklindeki saptırma plakalarını (soldan) açıkça görebilirsiniz.

Seyahat dalga Tüpü

Gezici dalga tüpleri, küçük boyutları, düşük ağırlıkları ve yüksek frekanslarda verimleri nedeniyle, iletişim uydularında ve diğer uzay araçlarında RF güç amplifikatörü olarak kullanılır. Tıpkı CRT gibi, arkasında bir elektron tabancası var. Elektron demetinin etrafına "heliks" adı verilen bir bobin sarılır, tüpün girişi, elektron tabancasına daha yakın olan sarmalın ucuna bağlanır ve diğer uçtan çıktı alınır. Heliks içinden akan radyo dalgası elektron demeti ile etkileşime girerek onu farklı noktalarda yavaşlatır ve hızlandırarak amplifikasyona neden olur. Sarmalın etrafı ışın odaklayıcı mıknatıslar ve ortada bir zayıflatıcı ile çevrilidir, bunun amacı güçlendirilmiş sinyalin girişe geri dönmesini ve parazitik salınımlara neden olmasını önlemektir. Tüpün sonunda bir kollektör bulunur,bir triyot veya pentot anodu ile karşılaştırılabilir ancak ondan çıktı alınmaz, bulunur. Elektron ışını kollektörü etkiler ve tüpün içindeki hikayesini sonlandırır.

Geiger-Müller tüpleri

Geiger-Müller tüpleri radyasyon ölçüm cihazlarında kullanılır, bir ucunda delik bulunan metal bir silindirden (katot) ve özel bir gazla doldurulmuş cam bir zarfın içinde ortada bir bakır telden (anot) oluşur. Bir parçacık delikten geçip katodun duvarına kısa bir süreliğine çarptığında, tüp içindeki gaz iyonlaşarak akımın akmasına izin verir. Bu dürtü, ölçüm cihazının hoparlöründen karakteristik bir klik sesi olarak duyulabilir!